專利名稱：基于振動和音頻信息的汽車發動機故障診斷系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及測控技術、數字信號處理技術、最優估計技術和可靠性技術，屬于汽車 發動機故障診斷領域。
背景技術：
發動機是汽車運動的心臟，決定了汽車的性能的優劣。現代發動機已成為集電子 技術、計算機技術、信息技術于一體的智能控制系統，集成化程度越來越高、結構也越來越 復雜；然而，發動機的智能性卻使得發動的故障診斷和維修成為制約汽車工業發展的瓶頸。汽車發動機系統通過電子控制手段對發動機點火、噴油、空氣與燃油的比率、排放 廢氣等進行優化控制，使發動機工作在最佳狀態。汽車發動機系統主要包括電控燃油噴射 系統、電控點火系統、警告提示系統等。國內外對汽車發動機故障診斷技術研究有振動噪聲法、性能參數法、磨損殘留物 法等多參數檢驗方法，故障識別主要方法為專家系統法、灰度聯合估計法、數據融合法。在 診斷設備方面，以美國快捷公司等生產的非車載的診斷系統和日本豐田等公司生產的車載 診斷系統為代表。但國外的診斷系統大多價格昂貴，診斷功能單一，而且對車輛具有專一 性，不便推廣使用。國內雖有深圳三源公司等能夠生產非車載診斷產品，但由于對發動機的 掌握不夠，診斷數據誤差較大。FPGA均有高效的并行運算和流水運算功能，其快速的數據處理功能、靈活的功能 升級和配置功能都是現有其他片上芯片所無法比擬的。然而國內外汽車發動機診斷系統幾 乎均沒有采用FPGA來設計，這就極大的制約了診斷的可靠性和可擴展性的提高。
發明內容
為了實現對現有的汽車發動機的狀態進行可靠地控制，提高診斷系統的可擴展 性，避免診斷出現的較大偏差，實現對發動機的智能實時管理，本發明提出了一種基于振動 和音頻信息的汽車發動機故障診斷系統；本發明的主要內容(如圖1)在于利用多種參量傳 感器組(主要有振動傳感器、聲傳感器等)對發動機聲音與振動進行檢測，檢測信號放大后 進行A/D轉換；聲信號通過FPGA對采集的信號按照低頻、發動機工作頻段、高頻段自動進行 分類；振動信號通過FPGA也按照振動頻率段和幅值大小范圍進行分類；按照給定時間段移 動分區域累加，以判斷發動機有無故障出現，處理中心對有關信息綜合分析，判斷是否報警 并組織記錄采集的相關數據；本發明解決其技術問題采用的技術方案是，一種基于振動和音頻信息的汽車發動 機故障診斷系統，其特征包括以下步驟1.利用多種參量傳感器組(主要有振動傳感器、聲傳感器等)對發動機聲音與振 動進行檢測，檢測信號放大后進行A/D轉換；2.由FPGA按照簡化的富里埃變換算法對采集的聲信號按照低頻、發動機工作頻 段、高頻段三個頻段自動分類；通過FPGA將振動信號進行簡化的富里埃變換，將振動頻率按照低頻段、發動機振動頻率段、高頻段分類，將振動幅值按照小振幅、發動機正常工作時 的統計振幅段、超常振幅分類； 3.固定長度(時間窗)的分類信號分別累加；4.對有關信息綜合分析，判斷是否報警并組織記錄采集的相關數據。本發明可以對不同類型傳感器數據通過FPGA進行快速綜合分析處理，提高了發 動機故障診斷的正確性和快速型。
圖1是本發明的系統總體框圖；圖2是本發明的具體實施方式
總體框圖。
具體實施例方式將一組振動應變片和一個麥克風安裝在在汽車發動機的主軸附近，將變送器、A/D 采集、CAN總線等集成、屏蔽后安裝在振動應變片和麥克風附近，通過CAN總線傳輸經過A/D 轉換的振動信號和聲信號；ARM7、FPGA、CAN總線、SD卡等集成后安裝在遠離發動機的車廂 內，通過CAN總線接收所有的A/D信號；FPGA中固化統計的發動機正常工作的聲頻、在不同速度下正常工作引起振動幅值 和頻率，同時固化發動機正常工作聲頻和振動頻率0. 1-10倍的正弦信號離散模板；由FPGA 按照正弦信號離散模板進行簡化的富里埃變換，對采集的聲信號按照低頻、發動機工作頻 段、高頻段三個頻段自動分類；通過FPGA將振動信號進行簡化的富里埃變換，將振動頻率 按照低頻段、發動機振動頻率段、高頻段分類，將振動幅值按照小振幅、發動機正常工作時 的統計振幅段、超常振幅分類；對上述的分類信號進行固定長度(時間窗)的分別累加； ARM7系統對有關信息綜合分析，判斷是否報警并組織記錄采集的相關數據。
權利要求
1.一種基于振動和音頻信息的汽車發動機故障診斷系統；利用振動傳感器、聲傳感器 等對發動機聲音與振動進行檢測，檢測信號放大后進行A/D轉換；聲信號通過FPGA對采集 的信號按照低頻、發動機工作頻段、高頻段自動進行分類；振動信號通過FPGA也按照振動 頻率段和幅值大小范圍進行分類；按照給定時間段移動分區域累加，以判斷發動機有無故 障出現，處理中心對有關信息綜合分析，判斷是否報警并組織記錄采集的相關數據；
2.一種基于振動和音頻信息的汽車發動機故障診斷系統，其特征包括以下步驟1)利用振動傳感器、聲傳感器等對發動機聲音與振動進行檢測，檢測信號放大后進行 A/D轉換；2)由FPGA按照簡化的富里埃變換算法對采集的聲信號按照低頻、發動機工作頻段、高 頻段三個頻段自動分類；通過FPGA將振動信號進行簡化的富里埃變換，將振動頻率按照低 頻段、發動機振動頻率段、高頻段分類，將振動幅值按照小振幅、發動機正常工作時的統計 振幅段、超常振幅分類；3)固定長度(時間窗)的分類信號分別累加；4)對有關信息綜合分析，判斷是否報警并組織記錄采集的相關數據。
全文摘要
本發明提出了一種基于振動和音頻信息的汽車發動機故障診斷系統；本發明利用振動傳感器、聲傳感器等對發動機聲音與振動進行檢測，檢測信號放大后進行A/D轉換；聲信號通過FPGA對采集的信號按照低頻、發動機工作頻段、高頻段自動進行分類；振動信號通過FPGA也按照振動頻率段和幅值大小范圍進行分類；按照給定時間段移動分區域累加，以判斷發動機有無故障出現，處理中心對有關信息綜合分析，判斷是否報警并組織記錄采集的相關數據；本發明可以對不同類型傳感器數據通過FPGA進行快速綜合分析處理，提高了發動機故障診斷的正確性和快速性。
文檔編號G01M15/00GK102103036SQ20091021956
公開日2011年6月22日 申請日期2009年12月18日 優先權日2009年12月18日
發明者史忠科 申請人:西安費斯達自動化工程有限公司